package top.byfree.huffmancode;

import java.io.*;
import java.util.*;

public class HuffmanCode {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "i like jelly very much!";
        byte[] strBytes = str.getBytes();
//        System.out.println(Arrays.toString(strBytes));
//        System.out.println(strBytes.length); // 12
//
//        List<Node> node = getNode(strBytes);
//        System.out.println(node);
//
//        System.out.println("赫夫曼树");
//        Node huffmanTree = createHuffmanTree(node);
//        System.out.println("前序遍历");
//        preOrder(huffmanTree);
//
//        Map<Byte, String> codes = getCodes(huffmanTree);
//        System.out.println(codes);
//
//        byte[] zip = zip(strBytes, codes);
        byte[] zip = huffmanZip(strBytes);

        byte[] decode = decode(huffmanCodes, zip);
        System.out.println(new String(decode));

//        String srcFile = "d://document/datatest/after/test.jpg";
//        String dstFile = "d://document/datatest/before/test.zip";

/*        String srcFile = "d://document/datatest/before/test.zip";
        String dstFile = "d://document/datatest/after/test02.jpg";

        unZipFile(srcFile, dstFile);
        System.out.println("解压文件成功！");*/


    }


    // 文件解压

    public static void unZipFile(String zipFile, String dstFile) {
        // 定义文件输入流
        InputStream is = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        OutputStream os = null;

        try {
            is = new FileInputStream(zipFile);
            ois = new ObjectInputStream(is);
            byte[] huffmanBytes = (byte[])ois.readObject();
            Map<Byte, String> huffmanCodes = (Map<Byte, String>)ois.readObject();

            // 解码
            byte[] decode = decode(huffmanCodes, huffmanBytes);

            // decode写入
            os = new FileOutputStream(dstFile);
            os.write(decode);

        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        } finally {
            try {
                if (ois != null) {
                    ois.close();
                }
                if (os != null) {
                    os.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }


    }


    // 文件压缩

    /**
     *
     * @param srcFile 传入的希望文件路径
     * @param dstFile 压缩后文件放的路径
     */
    public static void zipFile(String srcFile, String dstFile) {
        // 创建流
        // 创建一个文件的输入流
        InputStream is = null;
        OutputStream os = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        try {
            is = new FileInputStream(srcFile);
            // 创建和源文件大小一样的byte数组
            byte[] b = new byte[is.available()];
            // 读取文件
            is.read(b);

            // 直接对源文件压缩
            byte[] huffmanBytes = huffmanZip(b);
            // 创建一个文件的输出流存放压缩文件
            os = new FileOutputStream(dstFile);
            // 创建一个对象输出流
            oos = new ObjectOutputStream(os);
            // 利于恢复
            oos.writeObject(huffmanBytes);

            // 一定要把赫夫曼编码写入压缩文件

            oos.writeObject(huffmanCodes);

        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        } finally {
            try {
                if (is != null) {
                    is.close();
                }
                if (oos != null) {
                    oos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }
    }

    // 数据解压
    private static byte[] decode(Map<Byte, String> huffmanCodes, byte[] huffmanBytes) {
        // 先得到huffmanByte 对应的二进制字符串
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        // 将byte数组转成二进制的字符串
        for (int i = 0; i < huffmanBytes.length - 1; i++) {
            // 判断是否为最后一个字节
            boolean flag = (i == huffmanBytes.length - 2);
            stringBuilder.append(byteToBitString(!flag, huffmanBytes[i], huffmanBytes[huffmanBytes.length - 1]));
        }
//        System.out.println(stringBuilder);

        // 调转 键值
        Map<String, Byte> map = new HashMap<>();
        for (Map.Entry<Byte, String> entry : huffmanCodes.entrySet()) {
            map.put(entry.getValue(), entry.getKey());
        }

        // 创建一个集合存放byte
        List<Byte> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < stringBuilder.length();) {
            int count = 1;
            Byte b = null;
            boolean flag = true;

            while (flag) {
                String key = stringBuilder.substring(i, i + count);
                b = map.get(key);
                if (b == null) {
                    count++;
                } else {
                    flag = false;
                }
            }
            list.add(b);
            i += count;
        }
        byte b[] = new byte[list.size()];
        for (int i = 0; i < b.length; i++) {
            b[i] = list.get(i);
        }
        return b;
    }

    /**
     * 将一个byte 转称一个二进制字符串
     * @param b 传入的byte
     * @param flag 标识是否需要补高位
     * @return 是该b 对应的二进制字符串，(注意这是按照补码返回)
     */
    private static String byteToBitString(boolean flag, byte b, byte count) {
        // 使用一个变量保存b
        int temp = b;
        temp |= 256;
        String str = Integer.toBinaryString(temp);
        if (flag) {
            return str.substring(str.length() - 8);
        } else {
            return str.substring(str.length() - count);
        }
    }


    // 封装一个方法，控制全局其他的方法

    /**
     * 压缩方法
     * @param bytes 原始的字符串对应的byte
     * @return 是经过赫夫曼编码处理后的字节数组
     */
    private static byte[] huffmanZip(byte[] bytes) {
        // 1. 获得Node的List集合
        List<Node> node = getNode(bytes);
        // 2. 通过集合获得赫夫曼树
        Node huffmanTree = createHuffmanTree(node);
        // 3. 通过赫夫曼树生成赫夫曼编码
        Map<Byte, String> codes = getCodes(huffmanTree);
        // 4. 通过赫夫曼编码对原始数组进行压缩，并返回
        return zip(bytes, codes);
    }

    // 编写一个方法，将字符串对应的byte[]数组，通过生成赫夫曼编码表，压缩

    /**
     *
     * @param bytes 原始字符串对应的byte数组
     * @param huffmanCodes 赫夫曼编码map
     * @return 赫夫曼编码处理后的byte数组
     */
    private static byte[] zip(byte[] bytes, Map<Byte, String> huffmanCodes){
        // 1. 使用赫夫曼编码表将bytes转成 赫夫曼编码对应的字符串
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        // 遍历bytes数组
        for (byte b : bytes) {
            stringBuilder.append(huffmanCodes.get(b));
        }

    //        System.out.println(stringBuilder);

        // 将字符串转化为byte数组

        //统计返回的length
        int len = (stringBuilder.length() + 7) / 8;

    //        if (stringBuilder.length() % 8 == 0) {
    //            len = stringBuilder.length() / 8;
    //        } else {
    //            len = stringBuilder.length() / 8 + 1;
    //        }
        // 创建一个存储压缩后的byte数组
        byte[] by = new byte[len + 1];
        int index = 0; // 记录时第几个byte
        for (int i = 0; i < stringBuilder.length(); i += 8) {
            String strByte;

            if (i + 8 > stringBuilder.length()) {
                // 代表当前是最后一个字节，有可能不慢8位
                strByte = stringBuilder.substring(i);
                by[len] = (byte)strByte.length();
            } else {
                strByte = stringBuilder.substring(i, i + 8);
            }
            // 将strByte转成一个byte数组放入by中
            by[index] = (byte)Integer.parseInt(strByte, 2);
            index++; // 计数器累加
        }
        return by;
    }


    // 生成的赫夫曼树对应的赫夫曼编码表
    // 将赫夫曼编码表存放在Map<Byte, String> 形式 空格(32):00
    static Map<Byte, String> huffmanCodes = new HashMap<>();
    static StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

    // 重载getCodes
    private static Map<Byte, String> getCodes(Node root) {
        if (root == null) {
            return null;
        }

        getCodes(root, "", stringBuilder);

        return huffmanCodes;
    }

    /**
     * 功能：将传入的Node节点的所有叶子节点的赫夫曼编码存放到Map中
     * @param node 传入的节点，默认是根节点
     * @param code 路径：左子节点是0，右子节点是1
     * @param stringBuilder 拼接路径
     */
    private static void getCodes(Node node, String code, StringBuilder stringBuilder) {
        StringBuilder stringBuilder2 = new StringBuilder(stringBuilder);

        stringBuilder2.append(code);

        if (node != null) {
            // 判断当前node是叶子节点还是非叶子节点
            if (node.data == null) {
                // 非叶子节点，递归处理
                // 向左
                getCodes(node.left, "0", stringBuilder2);
                // 向右
                getCodes(node.right, "1", stringBuilder2);
            } else {
                // 叶子节点， 存储
                huffmanCodes.put(node.data, stringBuilder2.toString());
            }
        }
    }

    // 通过一个List创建一个赫夫曼树
    private static Node createHuffmanTree(List<Node> nodes) {
        while (nodes.size() > 1) {
            // 排序 升序
            Collections.sort(nodes);
            // 取出前两个元素
            Node leftNode = nodes.get(0);
            Node rightNode = nodes.get(1);

            // 创建一颗新的二叉树，他的根节点没有data，只有权值

            Node parent = new Node(null, leftNode.weight + rightNode.weight);
            parent.left = leftNode;
            parent.right = rightNode;

            // 处理掉的元素移除，新生成的元素加入

            nodes.remove(leftNode);
            nodes.remove(rightNode);

            nodes.add(parent);

        }
        return nodes.get(0);
    }

    private static List<Node> getNode(byte[] bytes) {
        // 1. 创建一个ArrayList
        List<Node> nodes = new ArrayList<>();

        // 存储每一个byte出现的次数 -> map
        Map<Byte, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        for(byte b : bytes) {
            Integer count = hashMap.get(b);
            if (count == null) {
               // map中没有这个数据
               hashMap.put(b, 1);
            } else {
               hashMap.put(b, count + 1);
            }
        }

        for (Map.Entry<Byte, Integer> entry : hashMap.entrySet()) {
            nodes.add(new Node(entry.getKey(), entry.getValue()));
        }

        return nodes;

    }
    // 前序遍历
    private static void  preOrder(Node root) {
        if (root != null) {
            root.preOrder();
        } else {
            System.out.println("树为空");
        }
    }
}

// 创建Node，带数据和权值
class Node implements Comparable<Node> {
    Byte data; // 存放数据本身
    int weight; // 权值, 也就是数据出现了几次

    Node left;
    Node right;

    public Node(Byte data, int weight) {
        this.data = data;
        this.weight = weight;
    }


    @Override
    public int compareTo(Node o) {
        // 升序
        return this.weight - o.weight;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
                "data=" + data +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }

    // 前序遍历
    public void preOrder() {
        System.out.println(this);
        if (this.left != null) {
            this.left.preOrder();
        }
        if (this.right != null) {
            this.right.preOrder();
        }
    }
}
